Przełom w walce z rakiem: naukowcy tworzą komórki CAR-T bezpośrednio w ciele pacjenta

Naukowcy z Kalifornii pokazali, że organizm sam może stać się fabryką komórek odpornościowych do walki z rakiem.

W eksperymentach na myszach udało się wygenerować komórki CAR-T bez pobierania ich do laboratorium, wyłącznie po podaniu zastrzyku z odpowiednio zaprojektowanym serum. To może całkowicie zmienić sposób leczenia nowotworów krwi, a w przyszłości także części guzów litych.

CAR-T – terapia, która ratuje życie, ale jest niemal poza zasięgiem

Komórki CAR-T to limfocyty T, czyli komórki odpornościowe, „uzbrojone” w sztuczny receptor rozpoznający białka na powierzchni komórek nowotworowych. Gdy taki limfocyt trafi na cel, przykleja się do niego i uruchamia mechanizm zniszczenia komórki rakowej.

W USA funkcjonuje już kilka zatwierdzonych terapii CAR-T na wybrane nowotwory krwi. Dla części chorych, którzy nie mieli żadnych innych opcji, te terapie oznaczały długotrwałe remisje, a w praktyce drugie życie. Problem kryje się w tym, jak te komórki się dziś wytwarza.

• od pacjenta pobiera się limfocyty T
• wysyła się je do specjalistycznego laboratorium
• laboratorium modyfikuje genetycznie komórki, tworząc CAR-T
• po kilku tygodniach gotowe komórki wracają do szpitala
• pacjent przechodzi wcześniej chemioterapię, by „zrobić miejsce” w szpiku
• dopiero wtedy lekarze podają przygotowane komórki z powrotem do krwi

Cały proces trwa tygodniami, wymaga skomplikowanej infrastruktury i kosztuje od 400 do 500 tysięcy dolarów, co w przeliczeniu odpowiada cenie mieszkania w dużym polskim mieście. Wielu chorych nie doczekuje na terapię lub nie kwalifikuje się do tak obciążającego leczenia.

Nowa metoda obiecuje obejść laboratoria, kolejki i astronomiczne koszty, zamieniając organizm pacjenta w miejsce, gdzie komórki CAR-T powstają same.

Nowy pomysł z UCSF: fabryka komórek antyrakowych wewnątrz organizmu

Zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco (UCSF), we współpracy z innymi ośrodkami w USA, zaprojektował zupełnie inne podejście. Zamiast wyjmować komórki z ciała, modyfikować je i odsyłać z powrotem, badacze postanowili przeprowadzić cały proces wewnątrz organizmu.

Wykorzystali do tego technologię CRISPR-Cas9, czyli precyzyjne „nożyce molekularne” do edycji genów, oraz specjalnie przygotowane cząsteczki podawane we krwi.

System dwóch cząstek: instrukcja dla układu odpornościowego

Metoda opiera się na podaniu dwóch typów nośników, które krążą w krwiobiegu i szukają limfocytów T:

• pierwsza cząstka dostarcza CRISPR-Cas9, narzędzie do przecięcia DNA w konkretnym miejscu
• druga cząstka niesie nowy fragment DNA – przepis na receptor CAR, który ma się wbudować w wybrany fragment genomu limfocytu T

Te nośniki zostały tak zaprojektowane, by:

• skupiały się głównie na limfocytach T, a nie na innych komórkach
• nie były szybko niszczone przez naturalne mechanizmy obronne organizmu
• uruchamiały nowy gen tylko w komórkach odpornościowych, nie w tkankach takich jak wątroba czy serce

To pierwsza sytuacja, w której naukowcy umieszczają tak długi fragment DNA w precyzyjnym miejscu genomu ludzkiego limfocytu T bez wyjmowania go z ciała.

Aby ograniczyć ryzyko, badacze długo dopracowywali parametry, tak by modyfikacja zachodziła jak najdokładniej, w odpowiednich komórkach. Przy produkcji CAR-T w laboratorium można każdą partię szczegółowo skontrolować. W organizmie takiego komfortu nie ma, więc błędy w projektowaniu byłyby bardzo kosztowne.

Co udało się osiągnąć u zwierząt

Badania przeprowadzono na myszach z tak zwanym „uhumanizowanym” układem odpornościowym, czyli wyposażonych w ludzkie limfocyty. Dzięki temu naukowcy mogli testować modyfikacje komórek, które zachowują się podobnie do tych u człowieka.

Testowano kilka typów nowotworów:

Jednorazowe podanie dwóch typów cząstek doprowadziło w ciągu około dwóch tygodni do zniknięcia wykrywalnych komórek nowotworowych u prawie wszystkich badanych zwierząt. W niektórych narządach nawet 40 procent komórek odpornościowych przybrało postać CAR-T.

Co ciekawe, komórki CAR-T wytworzone w ciele zwierząt okazały się skuteczniejsze niż te produkowane klasycznie w laboratorium, prawdopodobnie dlatego, że od początku dojrzewały w naturalnym środowisku organizmu.

Dlaczego guzy lite są takim wyzwaniem

Dotychczasowe sukcesy CAR-T dotyczyły głównie nowotworów krwi. Guzy lite, jak rak piersi, płuca czy większość mięsaków, otaczają się gęstą barierą komórek i substancji utrudniających wnikanie limfocytów T. Dodatkowo w takim guzie panują niekorzystne warunki: niedotlenienie, niedobór składników odżywczych, silne sygnały hamujące odpowiedź immunologiczną.

Dlatego informacja, że u myszy udało się zadziałać także na twardy, odporny guz lity, zwróciła uwagę onkologów. To sugeruje, że odpowiednio zaprojektowane komórki tworzone bezpośrednio w organizmie mogą lepiej radzić sobie w tych trudnych, „wrogich” warunkach niż ich laboratoryjne odpowiedniki.

Niższa cena, krótsze kolejki, leczenie bliżej domu

Dzisiejsze terapie CAR-T dostępne są tylko w kilku dużych ośrodkach w danym kraju. Wymagają całych zespołów wyspecjalizowanych w logistyce, biologii komórkowej i terapii nowotworów. To ogranicza liczbę pacjentów, którzy mogą z nich skorzystać.

Jeżeli podejście „in vivo”, czyli wewnątrz organizmu, sprawdzi się u ludzi, może zmienić reguły gry. Wyobraźmy sobie scenariusz, w którym pacjent:

• zgłasza się do regionalnego szpitala
• przechodzi badania kwalifikacyjne
• dostaje zastrzyk z nośnikami CRISPR i DNA dla CAR
• po kilku dniach rozpoczyna się namnażanie komórek CAR-T w jego własnym organizmie
• kontrolne badania obrazowe i laboratoryjne pokazują stopniowe wycofywanie się guza

Taki model znacząco obniżyłby barierę wejścia dla wielu placówek. Koszty produkcji standaryzowanego, gotowego do podania „koktajlu” byłyby prawdopodobnie nieporównanie niższe niż szykowanie osobnej partii komórek dla każdego pacjenta. To z kolei otwiera drogę do refundacji w publicznych systemach ochrony zdrowia.

Badacze szacują, że w przypadku powodzenia u ludzi da się mocno zredukować koszty i umożliwić wprowadzanie terapii CAR-T także w mniejszych szpitalach, a nie tylko w wysoko wyspecjalizowanych centrach onkologicznych.

Co dalej: droga od myszy do pacjenta

Eksperymenty na zwierzętach to dopiero pierwszy krok. Teraz zespół z UCSF musi udowodnić, że metoda jest bezpieczna dla ludzi. W planach znajdują się badania kliniczne, które sprawdzą, czy:

• modyfikacja DNA faktycznie ogranicza się do limfocytów T
• nie dochodzi do przypadkowych zmian w innych tkankach, mogących zwiększać ryzyko nowych nowotworów
• reakcja immunologiczna na nośniki nie jest zbyt silna i nie prowadzi do groźnych powikłań
• skuteczność utrzymuje się w różnych typach nowotworów i u pacjentów w różnym wieku

Aby przyspieszyć przeniesienie technologii do kliniki, badacze powołali firmę Azalea Therapeutics, która ma zająć się rozwojem i komercjalizacją terapii. To standardowa ścieżka przy przełomowych metodach medycznych: uczelnia prowadzi badania podstawowe, a wyspecjalizowana spółka przygotowuje produkt zgodny z wymogami regulatorów.

Ryzyka, o których trzeba mówić głośno

Edycja genów w ludzkim organizmie zawsze niesie ze sobą ryzyko. CRISPR może czasem przeciąć DNA w innym miejscu niż zakładano. Jeśli trafi w geny kontrolujące wzrost komórek, mogłoby to zwiększać szansę na rozwój nowych guzów. Dlatego naukowcy bardzo dokładnie analizują tak zwane zdarzenia „off-target”, czyli modyfikacje poza celem.

Druga kwestia to reakcje nadwrażliwości. Nośniki, które przenoszą CRISPR i nowy gen, często bazują na zmodyfikowanych wirusach lub nanocząstkach. Organizmy części pacjentów mogą reagować na nie bardzo gwałtownie. Znamy już takie przypadki z terapii genowych i immunoterapii, dlatego każdy nowy system musi przejść rygorystyczne testy bezpieczeństwa.

Co ta technologia może oznaczać w dłuższej perspektywie

Jeśli edycja limfocytów T bezpośrednio w ciele okaże się skuteczna i bezpieczna, podobną logikę można spróbować zastosować w innych chorobach. Limfocyty T to tylko jedna z wielu komórek, które dają się programować. W dłuższej perspektywie mówi się na przykład o:

• przeprogramowaniu komórek odpornościowych do walki z ciężkimi infekcjami wirusowymi
• modyfikacji komórek w chorobach autoimmunologicznych, by przestały atakować własne tkanki
• zwiększeniu skuteczności szczepień poprzez „dopieszczanie” pamięci immunologicznej

Dla pacjentów onkologicznych ważna jest też inna rzecz: takie terapie dają nadzieję na bardziej spersonalizowane podejście. Łącząc projektowanie receptorów CAR z badaniem genetycznym guza, można tworzyć komórki celujące w bardzo specyficzne cechy nowotworu danego pacjenta, bez konieczności fizycznej produkcji ich w laboratorium za każdym razem od zera.

Trzeba przy tym pamiętać, że żadna innowacja nie zastąpi profilaktyki i wczesnej diagnostyki. Nawet najbardziej zaawansowane komórki CAR-T, produkowane w ciele, poradzą sobie lepiej z mniejszą masą guza niż z zaawansowaną chorobą rozsianą po wielu narządach. Dla zwykłego czytelnika oznacza to jedno: badania kontrolne i reagowanie na pierwsze objawy pozostaną równie ważne, jak postęp w zaawansowanych terapiach.